Vizibilitatea modelului de interferență este afectată de dimensiunile unghiulare ale sursei de lumină. Condițiile de coerență spațială permit crearea de surse cu un fascicul concentrat.
1. Influența dimensiunilor sursei asupra vizibilității modelului de interferență, a coerenței spațiale. Raza de coerență, unghiul de coerență.
2. Modificarea căii optice a fasciculului în reflecție.
3. Metodă de divizare a amplitudinilor. Interferența în filmele subțiri. Diferența căii optice.
2. Cankoli D. Fizica T.2; M. Mir, 1989
După cum am arătat deja, conceptul de timp de coerență are sens atunci când se observă interferența luminii din surse ale căror lungimi de undă nu sunt foarte diferite una de alta, adică când <<.
Lungimea coerenței determină dimensiunea zonei ecranului pe care se observă modelul de interferență. Această dimensiune a zonei ecranului se numește raza de coerență
unde este tangenta unghiului
În continuare, unghiul
Din (6.1) rezultă că dimensiunea zonei în care se poate observa undele de interferență emise surse parțial coerente este invers proporțională cu mărimea unghiulară a ARI. Această circumstanță are o importanță decisivă atunci când se ia în considerare interferența undelor coerente emise de surse punctiforme, mai degrabă decât de surse punctuale.
Posibilitatea de a observa interferența undelor coerente din surse extinse conduce la conceptul de coerență spațială a undelor electromagnetice.
Lăsați lumina dintr-o sursă extinsă AB să cadă pe două fante înguste în spatele căruia este amplasat ecranul (experimentul lui Jung). Intervalul de frecvență emis de sursă va fi considerat foarte mic, pentru ca gradul de coerență temporală să fie suficient pentru a obține un model clar de interferență (figura 5.4).
Pentru a îndeplini condițiile de coerență formulate pentru valurile armonice (), am împărțit întreaga sursă extinsă într-o colecție de surse punctuale. Undele provenite de la fiecare punct sursă de pe diafragmă cu două fante sunt împărțite în două fascicule luminoase coerente, care pe ecran dau un model de interferență. Din descrierea modelului de interferență știm că poziția marginilor de interferență depinde de diferența de cale a razelor coerente. Să luăm în considerare modelul de interferență dintr-o sursă punctuală situată în centru (a se vedea figura 6.1).
Se poate observa din figura 6.1 că undele luminoase provenite de la punctul central al sursei care interferează cu ecranul au o diferență de cale numai după trecerea unui val de lumină prin două fante. Indicați această diferență de traiectorie x. Dacă avem o sursă extinsă, atunci pe ecran sunt observate modele de interferențe din diferite puncte ale sursei. Deoarece undele luminoase din diferite puncte ale sursei vor dobândi o diferență de traseu chiar înainte de diafragma cu fante (vezi figura 6.2), atunci diferența totală de traiectorie dintre ele va fi determinată de suma = x + y. Este evident că pentru diferite puncte ale sursei, maximul central va fi în locuri diferite, deoarece poziția sa depinde de diferența în calea undelor interferente, adică modelele de interferență vor fi mutate unul față de celălalt. Mai mult, dacă mărimea schimbării corespunde lățimii marginii de interferență, atunci minimul va fi suprapus peste valoarea maximă, iar modelul de interferență dispare.
Considerăm punctele extreme ale sursei cu coordonate
Pentru punctul B, diferența de traseu va arăta astfel:
Dacă maximul unui punct extrem de scăzut la un minim al celuilalt punct extrem, atunci modelul de interferență dispare, de aici rezultă că, ca o condiție pentru coerența spațială, putem folosi următoarele
Prin urmare, mărimea maximă admisibilă a sursei din care poate fi observată modelul de interferență este determinată de condiția:
unde
Din ceea ce sa spus, rezultă că coerența spațială a undelor electromagnetice este determinată de dimensiunea unghiulară a sursei lor.
În realitate, ideea radiației electromagnetice a corpurilor reale sub forma unei valuri plane plane este o abstractizare. Obiectele care ne înconjoară activitățile de zi cu zi au o dimensiune finită, și lățimea spectrului lor de emisie este întotdeauna diferit de zero, cu toate că, în unele cazuri, cum ar fi lasere, acesta poate fi suficient de mic pentru a crede a fi zero.
Din acest motiv, în spațiul din jurul sursei undelor electromagnetice, se poate identifica o regiune în care radiația poate fi considerată coerentă. Volumul unei astfel de regiuni este numit volumul de coerență Vcon și este egal cu produsul lungimii coerenței
În special, problema posibilității de observare a interferenței undelor de la două fante atunci când se utilizează sursa selectată de radiație electromagnetică este rezolvată pozitiv dacă regiunea ecranului pe care sunt localizate fantele se încadrează în volumul coerenței sursei de radiație. Luați în considerare din acest punct de vedere Soarele ca o sursă naturală de radiații electromagnetice. Pentru sursele naturale de radiație electromagnetică, procesul de radiație are loc într-un timp de 10-8 secunde. În acest timp, se emite un tren de undă electromagnetică, reprezentând un "segment" finit al valului armonic sub forma unui sinusoid. Condițional, acest tren de valuri poate fi reprezentat ca fiind alcătuit din trei părți (Fig.6.3). În intervalele de timp are loc formarea și dispariția unui tren de val. În intervalul de timp este posibil să se ia în considerare radiația sub forma unui val plane armonic. Din acest motiv, estimarea timpului de coerență este.
Rolul coerența spațială a emisiei luminii a fost recunoscută de către Jung (1807), care, în prelegerea sa publică metoda de a observa interferența undelor luminoase emise de soare, prin două fante iluminate de către radiația solară, trecute anterior printr-o deschidere mică, în al doilea ecran subliniat (Fig. 6.4) .
Datorită găurii mici
Cu cât dimensiunea unghiulară a unei surse de lumină este mai mică, cu atât este mai mare raza de coerență spațială a luminii emise de ea. În special, lumina emisă din surse naturale, cum ar fi stele cu dimensiuni mici dimensiuni unghiulare unghiulare, în ciuda mărimii lor enorme, pentru distanțe mari poate fi setat la o rază de coerență spațială este de multe ori mai mare decât cea calculată pentru soare. Pentru radiația laser, care sunt surse artificiale de radiații coerente, valorile caracteristice ale radiației raza de coerență spațială este de multe ori mai mare decât valorile tipice pentru surse naturale, datorită metodelor speciale de formare a fasciculului de ieșire a undelor de lumină emise având o divergență mică unghiulară (
Cunoașterea valorilor lungimii coerenței și a razei de coerență spațială a radiației electromagnetice (ușoare) este utilizată pe scară largă în cercetarea științifică, în măsurători fizice și tehnice, dar și în practică pentru calculul instrumentelor radioelectronice și optice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: